3.1.2. Контактные сопротивления

Контактные сопротивления - сопротивления, сосредото­ченные в узкой области контактов деталь-деталь и электрод-де­таль.

Наличие контактных сопротивлений связано с ограниченностью площади электрического контакта из-за неровной поверхности де­талей и электродов, а также из-за различных неэлектропроводимых поверхностных образований: оксидных и гидрооксидных пленок, адсорбированной влаги, масел, продуктов коррозии, пыли и т. п. (рис. 15, б).

Поэтому фактическая площадь контакта (S_ф) до нагрева деталей значительно меньше контурной площади контакта (S_к) определяемой диаметром электрода d_э или диаметром пластического пояска d_п (рис. 15, в). В этих условиях имеет место так называемый «ситовый», характер проводимости - ток проходит по отдельным микрокон­тактам (S_ф). По результатам измерения контактное сопротивление двух различно обработанных пластин из низкоуглеродистой стали толщиной 3 мм, сжатых электродами (d_э = 10 мм) с усилием 2 кН, составляло (мкОм): травленых - 300; очищенных наждачным кругом и шлифованных - 100; обра­ботанных резцом - 1200; покрытых окалиной - 80000; покрытых ржавчиной и окалиной - 300000.

На контактные сопротивления влияют свойства металлов, форма соединяемых деталей, усилие сжатия, неравно­мерность нагрева, состояние поверхности. Разделение сварочного контакта на зоны в значительной мере условно, так как электри­ческие поля в них взаимосвязаны.

Рис. 15. Схема образования контактного сопротивления: а - распределение тока в зоне соприкосновения холодных деталей; б - строение реальной поверхности тел: 1 - металл; 2 - оксидные и гидрооксидные пленки; 3 - продукты коррозии; 4 - адсорбированная влага; 5 - масло; 6 - адсорбированные газы; 7 - пыль; в - распределение микроконтактов

Всю совокупность факторов не представляется возможным учесть расчетным путем, поэтому во многих случаях прибегают к экспери­ментальным данным и упрощенным приближенным расчетам.

Для стабилизации тепловыделения, размеров соединений и стой­кости электродов перед сваркой выполняют подготовку поверхностей деталей с целью удаления толстых поверхностных пленок и загряз­нений, обеспечивая тем самым достаточно низкие и стабильные зна­чения контактных сопротивлений. Для этих же целей часто реко­мендуется применение повышенных сварочных усилий.

Зависимость контактных сопротивлений холодных деталей от усилия сжатия F в некоторых случаях оценивают по эмпирической формуле

r_{дд =} r_дд0 /F^α

где r_дд0 - постоянный коэффициент, равный для стали (5÷6)· 10^-3 и алюминиевых сплавов (1÷2) ·10^-3; α - показатель степени, равный для стали 0,7 и алюминиевых сплавов 0,8.

Однако приведенная формула не учитывает состояния поверхности деталей, составлена в предположении, что r_дд не зависит от размеров деталей и может служить лишь для ориентировочных расчетов. При обжатии хорошо очищенных деталей из низкоуглеродистой стали электродами с высокой электропроводимостью принимают r_эд < 0,5r_дд.

При стыковой сварке r_эд находится вдали от зоны сварки и не оказывает на ее нагрев сущест­венного влияния. Контактное сопротивление при стыковой сварке сопротивлением из-за относительно малого давления обычно в 1,5 - 2 раза больше, чем при точечной сварке, и при нагреве до критической температуры (расплавлении) практически исчезает. При сварке оплавлением оно зависит от размера и числа перемычек в зазоре Δ_з (искровом промежутке) и уменьшается с увеличением числа одновременно существующих перемычек и их сечения.

Значение контактного сопротивления при сварке сталей определяют по эмпирической формуле

r_дд=9500k/(S^2/3V_опл^1/3j_опл)

где S - площадь торца свариваемых деталей, см²; V_опл - скорость оплавления, см/с; j_опл - плотность тока в деталях, А/мм²; k - коэффициент, учитывающий свойства оплавляемой стали (для углеродистых конструкционных сталей 1, для аустенитных сталей 1,1). Среднее значение r_дд при сварке сталей оплавлением составляет обычно 100-1500 мкОм.